徐 萍
(江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院,湖北 武漢 430056)
某機(jī)床廠有俄羅斯進(jìn)口的大型臥式加工中心一臺(tái),其電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)陳舊,現(xiàn)用三菱M70A數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行改造。臥加的主軸部分有3檔,需要換刀和鏜孔,因此需要”主軸定位”功能。三菱數(shù)控系統(tǒng)是具備主軸定位功能的,但是在臥加的設(shè)備改造中使用主軸定位功能時(shí)遇到諸多問(wèn)題,幾乎使設(shè)備改造陷于停頓。
由于是主軸有3個(gè)檔位,所以第1方案是使用“外置編碼器”進(jìn)行主軸定位。在編碼器安裝連接完畢后,啟動(dòng)主軸運(yùn)行出現(xiàn)下列現(xiàn)象:
上電后,發(fā)出“主軸正轉(zhuǎn)”或“主軸反轉(zhuǎn)”指令,主軸都按“正向旋轉(zhuǎn)”。發(fā)出M19主軸定位信號(hào)后,主軸一直旋轉(zhuǎn),無(wú)法定位。在定位期間,按下“主軸停止”按鍵,主軸旋轉(zhuǎn)停止,手松開(kāi),主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
用手動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)主軸2圈后,“主軸正轉(zhuǎn)”、“主軸反轉(zhuǎn)” 開(kāi)始有效,主軸定位動(dòng)作有效,而且能夠定位在“設(shè)定位置”(可以理解為主軸找到“原點(diǎn)”后,一切才正常)。
1.1.1 分析及判斷
(1)硬件及電纜正常(因?yàn)檎业皆c(diǎn)后的動(dòng)作正常)。
(2)主軸運(yùn)行怪異與參數(shù)有關(guān)。與主軸回原點(diǎn)相關(guān)的參數(shù)是#3106;#3106 參數(shù)是回原點(diǎn)規(guī)范。#3106參數(shù)實(shí)際上只規(guī)定了“回原點(diǎn)方向”。設(shè)置#3106 參數(shù),(原參數(shù)=0004),改為0000,0001,0002 。無(wú)論怎樣設(shè)置均無(wú)法消除以上故障現(xiàn)象。
(3)重新檢查了與使用外置編碼器相關(guān)的參數(shù)。表1是相關(guān)參數(shù)。
表1 外置編碼器的相關(guān)參數(shù)
設(shè)置參數(shù)的注意事項(xiàng):
①參數(shù)#3025=2:使用外置編碼器。
②#3022設(shè)置主軸與編碼器齒輪比(減速比)。如果機(jī)床結(jié)構(gòu)中主軸與編碼器不是1:1連接,必須設(shè)置此參數(shù)使之與機(jī)床結(jié)構(gòu)相符合。#3022參數(shù)值(主軸齒輪齒數(shù)/編碼器齒輪齒數(shù))。
③13017 的bit4:設(shè)置位置反饋極性。如果設(shè)置不當(dāng)也會(huì)造成主軸速度不受控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置。
④#13019:設(shè)置位置檢測(cè)器分辨率。必須固定設(shè)置=4096。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)也曾設(shè)置為2048,但立即引起運(yùn)行混亂,甚至導(dǎo)致主軸不能回原點(diǎn)。如果其他參數(shù)設(shè)置不當(dāng),系統(tǒng)也會(huì)報(bào)警“參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤----#13019”。
⑤#13031:設(shè)置電機(jī)類(lèi)型。由于是全閉環(huán)運(yùn)行,必須設(shè)置bit3---6=4.(與常規(guī)設(shè)置不同)。如果是串行編碼器則設(shè)置6200。
⑥#13054:設(shè)置全閉環(huán)誤差檢測(cè)幅度。根據(jù)主軸電動(dòng)機(jī)與主軸的連接方式:齒輪連接為#13054=360;同步帶連接為#13054=-1。
但要注意,即使主軸電動(dòng)機(jī)與主軸是齒輪連接也有齒輪直接連接和中間加過(guò)渡輪的情況。所以即使在齒輪連接方式中,只要主軸旋轉(zhuǎn)方向與電動(dòng)機(jī)相同,就可以認(rèn)為是“同步帶”方式。
該參數(shù)設(shè)置不當(dāng),上電后主軸運(yùn)行紊亂并報(bào)警。
⑦#13097 是專門(mén)用于外置編碼器的參數(shù)。必須設(shè)置#13097=-1。如果#13097設(shè)置錯(cuò)誤,將出現(xiàn)#13019參數(shù)報(bào)警。
(4)判斷
從故障現(xiàn)象分析,無(wú)論設(shè)置主軸正向回零還是反向回零,都無(wú)法找到“原點(diǎn)”。在用手動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)主軸2圈后,才可以找到原點(diǎn),說(shuō)明“外置編碼器”的Z相脈沖是有效的。但是在上電后的自動(dòng)回零時(shí)找不到原點(diǎn),說(shuō)明設(shè)置的回零方向與“外置編碼器”的回零方向相反。所以上電后手動(dòng)逆方向運(yùn)行可以找到主軸原點(diǎn)。
于是重新查看了機(jī)床圖紙中的編碼器安裝結(jié)構(gòu)圖,結(jié)構(gòu)圖表明:主軸與編碼器是通過(guò)單級(jí)齒輪連接。所以編碼器的旋轉(zhuǎn)方向始終與主軸相反,故無(wú)論在參數(shù)上如何設(shè)置“回零方向”,總是與實(shí)際外置編碼器的回零方向相反,所以才出現(xiàn)以上“找不到原點(diǎn)”的怪現(xiàn)象。
1.1.2 三菱數(shù)控系統(tǒng)對(duì)外置編碼器的安裝要求
MDS-D-SP/SPJ3的主軸結(jié)構(gòu)圖如圖1。
從圖1 可以看出,主軸電動(dòng)機(jī)與主軸之間可以通過(guò)齒輪或同步帶相連接。但是主軸與外置編碼器之間要求用“同步帶”連接。這是為了保證主軸與編碼器之間“旋轉(zhuǎn)方向相同,轉(zhuǎn)速相同”。如果主軸與編碼器之間是齒輪連接,也要通過(guò)加裝“中間過(guò)渡齒輪”達(dá)到“旋轉(zhuǎn)方向相同,轉(zhuǎn)速相同”的要求。
根據(jù)以上分析,要求廠家在主軸與編碼器之間加裝“中間過(guò)渡齒輪”達(dá)到“旋轉(zhuǎn)方向相同,轉(zhuǎn)速相同”的要求。
在設(shè)置相關(guān)參數(shù)后,可以正常執(zhí)行主軸定位。
使用“外置編碼器”進(jìn)行主軸定位,在主軸第1檔、第2檔可正常進(jìn)行。但是換擋至第3檔時(shí),一啟動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)就馬上出現(xiàn)“速度偏差過(guò)大”報(bào)警。連續(xù)多次均是同一報(bào)警。因此必定是有一“固定因素”在起作用。
1.2.1 分析與檢查
仔細(xì)查看主軸齒輪箱結(jié)構(gòu)圖,第1檔齒輪比=1:6, 第2檔齒輪比=1:2, 第3檔齒輪比=1:1, 從齒輪傳遞結(jié)構(gòu)來(lái)看:在第1檔和第2檔,主軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與主軸方向相同,而在第3檔,經(jīng)過(guò)齒輪傳遞后,主軸電動(dòng)機(jī)與主軸的旋轉(zhuǎn)方向相反。這就是出現(xiàn)問(wèn)題的原因。
在實(shí)際操作時(shí),發(fā)出 “主軸正轉(zhuǎn)”指令(主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)),而實(shí)際主軸反轉(zhuǎn),從外置編碼器反饋到控制器的信號(hào)是“主軸反轉(zhuǎn)”,所以系統(tǒng)就立即發(fā)出“速度偏差過(guò)大”報(bào)警。
1.2.2 結(jié)論
由于必須保證主軸在各速度區(qū)間能夠正常運(yùn)行,所以“外置編碼器”的主軸定位方式被放棄了,必須采用另外的方法。
在三菱數(shù)控系統(tǒng)中,其主軸驅(qū)動(dòng)器MDS-D-SP和MDS-D-SPJ3 都具有“接近開(kāi)關(guān)”主軸定位的方法。其實(shí)質(zhì)是以外部接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)作為主軸原點(diǎn),用以實(shí)現(xiàn)主軸定位。
感應(yīng)塊應(yīng)該與主軸剛性1:1連接,其感應(yīng)信號(hào)引出線應(yīng)該連接于主軸驅(qū)動(dòng)器的CN9口。接近開(kāi)關(guān)的接線如圖3所示。
(1)#3106 回原點(diǎn)參數(shù)。
建議設(shè)置 #3106=8000 (此時(shí)以接近開(kāi)關(guān)為原點(diǎn))?;卦c(diǎn)方向、定位方向均按此設(shè)置。
(2)#3108:定位位置調(diào)節(jié)量,單位為0.01°。
(3)#3109:Z相檢測(cè)速度。
(4)#13225:設(shè)置接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)極性(接近開(kāi)關(guān)定位功能專用參數(shù))。
(5)#13227:接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)信號(hào)生效參數(shù)(最為重要參數(shù)),#13227=4000。
接近開(kāi)關(guān)安裝完畢,參數(shù)設(shè)置完成后出現(xiàn)過(guò)以下問(wèn)題:
(1)上電后出現(xiàn)找不到原點(diǎn),無(wú)法執(zhí)行主軸定位.
將參數(shù)#13227修改為#13227=0000,上電后可以執(zhí)行主軸回零,也可以定位。但是出現(xiàn)主軸定位位置不時(shí)發(fā)生混亂,斷電上電后原定位位置丟失,定位位置調(diào)節(jié)量斷電后丟失諸多怪現(xiàn)象。因此判斷是參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤,就是#13227參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查:三菱主軸驅(qū)動(dòng)器MDS-D-SP和MDS-D-SPJ3的接線圖是不同的。本次改造使用的是MDS-D-SP 主軸驅(qū)動(dòng)器。而最初接線使用的是MDS-D-SPJ3的接線圖。所以出現(xiàn)了上述怪現(xiàn)象。這種接線方式也不是完全不能運(yùn)行,只是出現(xiàn)不正常的運(yùn)行現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)正常接線后,可以執(zhí)行正?!爸鬏S定位”。
(2)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)而有效時(shí)而無(wú)效。
在執(zhí)行連續(xù)換刀的程序時(shí)發(fā)現(xiàn),有時(shí)可以執(zhí)行“主軸定位”, 有時(shí)不能執(zhí)行“主軸定位”。經(jīng)檢查,接近開(kāi)關(guān)的電信號(hào)是有效的,應(yīng)該調(diào)整接近開(kāi)關(guān)的安裝位置。但反復(fù)調(diào)整接近開(kāi)關(guān)的安裝位置后,仍然不能解決問(wèn)題。最后檢查安裝在主軸上的感應(yīng)塊,發(fā)現(xiàn)該感應(yīng)塊是一活動(dòng)的軸套,當(dāng)主軸裝有刀具時(shí),該軸套被鎖緊,當(dāng)主軸未裝刀具時(shí),該軸套處于活動(dòng)狀態(tài)。所以造成了“接近開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)而有效時(shí)而無(wú)效”的狀態(tài)。
為此,將主軸感應(yīng)擋塊重新制作,將其安裝在原來(lái)“外置編碼器”的位置,充分利用原有的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)這樣的處理,終于實(shí)現(xiàn)了正確的主軸定位。
(1)必須保證感應(yīng)塊的安裝是直接與主軸相連。如果是過(guò)渡連接,必須保證“旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度”與主軸完全一致。
(2)參數(shù)#3106、#13225、#13227最為重要。
(3) 參數(shù)的設(shè)置方法:先按各主軸標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置。再重新設(shè)置以上相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵是#13227必須設(shè)置。
主軸定位是數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。但是在主軸多檔位的情況下,無(wú)論設(shè)計(jì)還是設(shè)備改造,必須對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、外置編碼器、接近開(kāi)關(guān)的電氣性能有足夠了解,在設(shè)備改造時(shí)要讀透主軸箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙,才能選定正確適用的主軸定位方案。否則就會(huì)出現(xiàn)1.2節(jié)描述的即使在第1第2檔能夠正常運(yùn)行定位,也不能保證在其他檔位正常運(yùn)行的情況。
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